基于射频能量收集的无线通信系统：从信息论到绿色系统

从周围环境中收集能量是一种新的且有前景的解决方案，可使电子设备摆脱电线或寿命有限的电池，这在传感器网络和体域网中可能找到非常重要的应用。本文主要研究基于射频能量收集的无线通信系统中信息传输的基本极限，其中主节点不仅作为信息源，还作为子节点的能量源，而仅信息从子节点传回主节点。考虑了三种典型结构：最优接收机、正交接收机和功率分割接收机，并在系统层面联合研究了在主节点唯一外部电源约束下两节点间的双向信息传输。我们明确刻画了可达容量 - 速率区域，并讨论了子节点信号处理功耗的影响。借助条件容量函数，推导出了对应于最节能状态（即可达容量 - 速率区域边界上的点）的最优传输策略。仿真证实了采用最优传输策略和最优接收机结构可获得显著增益。此外，还展示了一个最小化所需发射功率以实现绿色系统的典型应用。